Riset dan penelitian mahasiswa sttpln

MHD Ideal dan resistif

Artikel ini tidak menyebutkan apapun atau sumber referensi . Harap membantu memperbaiki artikel ini dengan menambahkan kutipan ke sumber terpercaya . Unsourced bahan mungkin akan menantang dan dihapus . (April 2011)

MHD Simulasi Angin Surya

Bentuk paling sederhana dari MHD, MHD Ideal, mengasumsikan bahwa fluida telah begitu sedikit resistivitas yang dapat diperlakukan sebagai konduktor yang sempurna . Ini adalah batas yang tak terbatas bilangan Reynolds magnetik . Dalam MHD ideal, hukum Lenz menyatakan bahwa cairan tersebut adalah dalam arti terikat dengan garis-garis medan magnet. Untuk menjelaskan, dalam MHD yang ideal kecil seperti tali volume cairan yang mengelilingi garis lapangan akan terus berada di sepanjang garis medan magnet, bahkan seperti yang terpilin dan terdistorsi oleh aliran fluida dalam sistem. Hubungan antara garis-garis medan magnet dan cairan dalam MHD yang ideal perbaikan topologi dari medan magnet dalam cairan-misalnya, jika satu set garis-garis medan magnet yang diikat menjadi simpul, maka mereka akan tetap demikian selama cairan / plasma memiliki resistivitas diabaikan. Ini kesulitan dalam menghubungkan kembali garis-garis medan magnet memungkinkan untuk menyimpan energi dengan menggerakkan cairan atau sumber dari medan magnet. Energi kemudian dapat menjadi tersedia jika kondisi untuk memecah MHD yang ideal, memungkinkan rekoneksi magnetik yang melepaskan energi yang tersimpan dari medan magnet.

persamaan MHD Ideal

Para MHD persamaan yang ideal terdiri dari persamaan kontinuitas , yang persamaan momentum , Hukum Ampere perpindahan mengabaikan saat ini, dan persamaan evolusi suhu . Seperti setiap deskripsi fluida ke sistem kinetik, pendekatan penutupan harus diterapkan untuk saat tertinggi dari persamaan distribusi partikel. Hal ini sering dicapai dengan perkiraan untuk fluks panas melalui kondisi adiabaticity atau isothermality .
Dalam berikut, $\ Mathbf {B}$ adalah medan magnet, $\ Mathbf {E}$ adalah medan listrik, $\ Mathbf {V}$ adalah kecepatan plasma massal, $\ Mathbf {J}$ adalah kerapatan arus,

ρ

adalah densitas massa,

p

adalah tekanan plasma, dan

t

adalah waktu. Persamaan kontinuitas

$\ Frac {\ partial \ rho} {\ partial t} + \ nabla \ cdot \ left (\ rho \ mathbf {V} \ right) = 0.$

Persamaan momentum

$\ Rho \ left (\ frac {\ partial} {\ partial t} + \ mathbf {V} \ cdot \ nabla \ right) \ mathbf {V} = \ mathbf {J} \ kali \ mathbf {B} - \ nabla h.$

Istilah gaya Lorentz $\ Mathbf {J} \ kali \ mathbf {B}$ dapat diperluas untuk memberikan

$\ Mathbf {J} \ kali \ mathbf {B} = \ frac {\ left (\ mathbf {B} \ cdot \ nabla \ right) \ mathbf {B}} {\ mu_0} - \ nabla \ left (\ frac { B ^ 2} {2 \ mu_0} \ right),$

dimana istilah pertama di sisi kanan adalah gaya tarik magnet dan istilah kedua adalah tekanan magnetik kekuatan. Hukum Ohm yang ideal untuk plasma diberikan oleh

$\ Mathbf {E} + \ mathbf {V} \ kali \ mathbf {B} = 0.$

Hukum Faraday adalah

$\ Frac {\ partial \ mathbf {B}} {\ partial t} = - \ nabla \ kali \ mathbf {E}.$

Hukum frekuensi rendah Ampere mengabaikan perpindahan saat ini dan diberikan oleh

$\ Mu_0 \ mathbf {J} = \ nabla \ kali \ mathbf {B}.$

Kendala divergensi magnet

$\ Nabla \ cdot \ mathbf {B} = 0.$

Persamaan energi diberikan oleh

$\ Frac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} t} \ left (\ frac {p} {\ rho ^ \ gamma} \ right) = 0,$

di mana

γ = 5 / 3

adalah rasio yang spesifik untuk memanaskan sebuah persamaan adiabatic negara.

Berlakunya MHD ideal untuk plasma

Ideal MHD hanya ketat berlaku jika:

Plasma sangat tumbukan, sehingga skala waktu tabrakan lebih pendek dari kali karakteristik lain dalam sistem, dan distribusi partikel karena itu dekat dengan Maxwell.
Resistivitas akibat tabrakan ini adalah kecil. Secara khusus, waktu difusi yang khas magnet atas setiap hadir panjang skala dalam sistem harus lebih dari setiap skala waktu yang menarik.
Kami tertarik dalam skala panjang lebih lama daripada ion kedalaman kulit dan Larmor jari-jari tegak lurus ke lapangan, cukup lama di sepanjang lapangan untuk mengabaikan Landau redaman , dan skala waktu lebih lama dari waktu rotasi ion (sistem yang halus dan perlahan-lahan berkembang).

Pentingnya resistivitas

Dalam suatu fluida sempurna melakukan medan magnet umumnya dapat bergerak melalui cairan setelah hukum difusi dengan resistivitas plasma melayani sebagai difusi konstan . Ini berarti bahwa solusi untuk persamaan MHD ideal adalah hanya berlaku untuk waktu yang terbatas untuk wilayah ukuran diberikan sebelum difusi menjadi terlalu penting untuk diabaikan. Satu dapat memperkirakan waktu difusi melintasi daerah aktif surya (dari tumbukan resistivitas) menjadi ratusan sampai ribuan tahun, jauh lebih lama dari seumur hidup sebenarnya dari sebuah sunspot-sehingga akan tampak masuk akal untuk mengabaikan resistivitas. Sebaliknya, volume meter berukuran air laut memiliki waktu difusi magnetik diukur dalam milidetik.
Bahkan dalam sistem fisik yang besar dan cukup konduktif bahwa perkiraan sederhana dari nomor Lundquist menunjukkan bahwa kita dapat mengabaikan resistivitas, resistivitas masih mungkin penting: banyak ketidakstabilan ada yang dapat meningkatkan resistivitas efektif plasma oleh faktor lebih dari satu miliar . Resistivitas ditingkatkan biasanya merupakan hasil dari pembentukan struktur skala kecil seperti lembar saat ini atau turbulensi magnetik skala halus, memperkenalkan skala spasial kecil ke dalam sistem di mana yang ideal adalah difusi MHD pecah dan magnetik dapat terjadi dengan cepat. Ketika ini terjadi, rekoneksi magnetik dapat terjadi dalam plasma untuk melepaskan energi magnetik yang disimpan sebagai gelombang, sebagian besar mekanik percepatan materi, percepatan partikel , dan panas.
Rekoneksi magnetik dalam sistem yang sangat konduktif ini penting karena berkonsentrasi energi dalam ruang dan waktu, sehingga kekuatan lembut diterapkan pada plasma untuk jangka waktu yang lama dapat menyebabkan ledakan kekerasan dan semburan radiasi.
Bila cairan tidak dapat dianggap sebagai sepenuhnya konduktif, tetapi kondisi lain untuk MHD ideal puas, adalah mungkin untuk menggunakan model diperpanjang disebut MHD resistif. Ini termasuk istilah tambahan dalam Hukum Ampere yang model resistivitas tumbukan. Umumnya MHD simulasi komputer setidaknya agak resistif karena mereka komputasi grid memperkenalkan resistivitas numerik.

Pentingnya efek kinetik

Keterbatasan lain dari MHD (dan teori fluida pada umumnya) adalah bahwa mereka bergantung pada asumsi bahwa plasma sangat tumbukan (ini adalah kriteria pertama yang tercantum di atas), sehingga skala waktu tabrakan lebih pendek dari kali karakteristik lain dalam sistem, dan distribusi partikel yang Maxwell . Hal ini biasanya tidak terjadi dalam plasma fusi, ruang dan astrofisika. Bila hal ini tidak terjadi, atau kita tertarik pada skala spasial yang lebih kecil, mungkin perlu untuk menggunakan model kinetik yang benar account untuk bentuk non-Maxwell dari fungsi distribusi. Namun, karena MHD relatif sederhana dan menangkap banyak dari sifat penting dinamika plasma sering kualitatif akurat dan hampir selalu model pertama kali mencoba.
Efek yang pada dasarnya kinetik dan tidak ditangkap oleh model fluida termasuk lapisan ganda , Landau redaman , berbagai ketidakstabilan, pemisahan kimia dalam plasma ruang dan elektron melarikan diri.

Struktur di MHD sistem

Informasi lebih lanjut: gerakan partikel magnetosfer

Skema pandangan sistem saat ini yang berbeda yang membentuk magnetosfer bumi

Dalam sistem banyak MHD sebagian besar arus listrik yang dikompresi menjadi pita yang hampir dua dimensi tipis disebut lembar saat ini . Ini dapat membagi cairan ke dalam domain magnetik, dalam arus yang relatif lemah. Lembar saat ini di korona matahari dianggap antara beberapa meter dan beberapa kilometer di ketebalan, yang cukup tipis dibandingkan dengan domain magnetik (yang ribuan hingga ratusan ribu kilometer di seluruh). Contoh lain adalah di Bumi magnetosfer , dimana lembaran saat memisahkan domain topologi berbeda, mengisolasi sebagian besar Bumi ionosfer dari angin matahari .

MHD gelombang

Lihat juga: Gelombang dalam plasma dan Kategori: Gelombang dalam plasma

Mode gelombang diperoleh dengan menggunakan teori MHD plasma disebut gelombang magnetohidrodinamik atau gelombang MHD. Secara umum ada tiga gelombang MHD mode:

Murni (atau miring) gelombang Alfven
Lambat gelombang MHD
Cepat MHD gelombang

Semua gelombang ini memiliki kecepatan fase konstan untuk semua frekuensi, dan karenanya ada dispersi ada. Pada batas ketika sudut antara vektor propagasi gelombang k dan medan magnet B adalah baik 0 (180) atau 90 derajat, mode gelombang yang disebut ^[5] :

Nama	Jenis	perambatan	kecepatan fase	asosiasi	menengah	nama lain
Gelombang suara	membujur	$\ Vec k \ \| \ vec B$	adiabatik kecepatan suara	none	kompresibel cairan, nonconducting
Gelombang Alfven	melintang	$\ Vec k \ \| \ vec B$	Kecepatan Alfven	$B$		geser gelombang Alfven, gelombang Alfven yang lambat, gelombang Alfven torsi
Magnetosonic gelombang	membujur	$\ Vec k \ pelaku \ vec B$		$B, E$		gelombang Alfven kompresional, cepat gelombang Alfven, gelombang magnetoacoustic

Osilasi teredam MHD akan jika cairan tersebut tidak sempurna melakukan namun memiliki konduktivitas terbatas, atau jika efek viskos yang hadir.
MHD gelombang dan osilasi adalah alat populer untuk remote diagnostik laboratorium dan plasma astrofisika, misalnya korona Matahari ( seismologi Coronal ).

[ sunting ] Perluasan magnetohydrodynamics

MHD resistif

MHD resistif menggambarkan cairan magnet dengan difusivitas elektron yang terbatas ( $\ Eta \ neq 0$ ). Difusivitas Hal ini menyebabkan melanggar dalam topologi magnetik; garis-garis medan magnet dapat 'kembali' ketika mereka bertabrakan. Biasanya istilah ini adalah kecil dan reconnections dapat ditangani oleh memikirkan mereka tidak berbeda dengan guncangan , proses ini telah terbukti penting di Bumi-Matahari interaksi magnetik.

Perpanjangan MHD

Diperpanjang MHD menggambarkan kelas fenomena dalam rangka plasma yang lebih tinggi dari MHD resistif, tetapi yang memadai dapat diobati dengan deskripsi cairan tunggal. Ini termasuk efek Hall fisika, gradien tekanan elektron, Jari-jari terbatas Larmor di gyromotion partikel, dan inersia elektron.

Fluida Dua-MHD

Dua-Fluida MHD menggambarkan plasma yang mencakup non-diabaikan Aula medan listrik . Akibatnya, elektron dan ion momentum harus diperlakukan secara terpisah. Deskripsi ini lebih terkait erat dengan persamaan Maxwell sebagai evolusi persamaan untuk medan listrik ada.

Aula MHD

Pada tahun 1960, MJ Lighthill mengkritik penerapan teori MHD ideal atau resistif untuk plasma. ^[6] Ini yang bersangkutan mengabaikan istilah "Balai saat ini", penyederhanaan sering dilakukan dalam teori fusi magnetik. Hall-magnetohydrodynamics (HMHD) memperhitungkan gambaran medan listrik dari magnetohydrodynamics. Perbedaan yang paling penting adalah bahwa dalam ketiadaan lapangan melanggar garis, medan magnet terikat pada elektron dan tidak cairan massal. ^[7]

MHD Collisionless

MHD juga sering digunakan untuk plasma collisionless. Dalam hal bahwa persamaan MHD berasal dari persamaan Vlasov . ^[8]

Aplikasi

Geofisika

Bumi Inti

Di bawah mantel bumi, terletak inti yang terdiri dari dua bagian - inti dalam padat dan inti luar cair - keduanya memiliki jumlah yang signifikan dari besi. Bergerak inti cair luar dengan adanya medan magnet dan pusaran diatur ke sama karena efek Coriolis. Pusaran ini mengembangkan sebuah medan magnet yang meningkatkan medan magnet bumi asli - suatu proses yang mandiri dan disebut sebagai dinamo geomagnetik. ^[9]

Pembalikan medan magnet bumi

Berdasarkan persamaan MHD, Glatzmaier dan Paul Roberts telah membuat model superkomputer dari interior bumi. Setelah menjalankan simulasi selama ribuan tahun dalam waktu virtual, perubahan dalam medan magnet bumi dapat dipelajari. Hasil simulasi berada dalam perjanjian baik dengan pengamatan sebagai simulasi telah benar meramalkan bahwa medan magnet bumi membalik setiap beberapa ribu tahun. Selama membalik, medan magnet tidak hilang sama sekali -. Itu hanya menjadi lebih rumit ^[10]

[ sunting ] Astrofisika

MHD berlaku cukup baik untuk astrofisika karena lebih dari 99% dari baryonik isi soal alam semesta terdiri dari plasma, termasuk bintang-bintang, media antarplanet (ruang antara planet-planet), yang medium antarbintang (ruang antara bintang-bintang), nebula dan jet . Sistem astrofisika banyak yang tidak dalam kesetimbangan termal lokal, dan karenanya memerlukan pengobatan tambahan untuk kinematik menjelaskan semua fenomena dalam sistem (lihat Astrophysical plasma ).
Sunspots disebabkan oleh medan magnet Matahari, sebagai Yusuf Larmor diteorikan pada tahun 1919. Para angin matahari juga diatur oleh MHD. Perbedaan rotasi matahari mungkin efek jangka panjang tarik magnetik di kutub matahari, fenomena MHD karena spiral Parker diasumsikan oleh bentuk medan magnet Matahari diperpanjang.
Sebelumnya, teori menggambarkan pembentukan Matahari dan planet-planet tidak bisa menjelaskan bagaimana Matahari telah 99,87% dari massa, namun hanya 0,54% dari momentum sudut dalam tata surya . Dalam sistem tertutup seperti awan gas dan debu dari mana Matahari dibentuk, massa dan momentum sudut keduanya dilestarikan . Bahwa konservasi akan berarti bahwa sebagai massa terkonsentrasi di pusat awan untuk membentuk Matahari, itu akan berputar ke atas, seperti skater menarik lengan mereka masuk kecepatan tinggi rotasi diprediksi oleh teori awal akan melemparkan proto-Sun terpisah sebelum dapat terbentuk. Namun, efek magnetohidrodinamik mentransfer momentum sudut Matahari ke luar tata surya, memperlambat rotasi.
Perincian yang ideal MHD (dalam bentuk rekoneksi magnetik) diketahui menjadi penyebab jilatan api matahari , ledakan terbesar di tata surya. Medan magnet di surya daerah aktif selama sunspot bisa menjadi sangat menekankan dari waktu ke waktu, menyimpan energi yang dilepaskan secara tiba-tiba sebagai ledakan gerak, sinar-X , dan radiasi ketika runtuh lembar utama saat ini, berhubungan kembali lapangan.

Teknik

MHD terkait dengan masalah rekayasa seperti kurungan plasma , cairan-logam pendingin reaktor nuklir , dan elektromagnetik pengecoran (antara lain).
Prototipe pertama dari jenis propulsi dibangun dan diuji pada tahun 1965 oleh Way Steward, seorang profesor teknik mesin di University of California, Santa Barbara . Caranya, cuti dari pekerjaannya di Westinghouse Electric , mahasiswa tahun senior yang ditugaskan sarjana untuk mengembangkan kapal selam dengan sistem propulsi baru. ^[11] Pada awal 1990-an, Mitsubishi membangun sebuah perahu, " Yamato , "yang menggunakan hard magnetohidrodinamik , didorong oleh cairan helium -cooled superkonduktor , dan dapat berjalan pada 15 km / jam ^[12]
MHD pembangkit listrik didorong oleh kalium-unggulan gas pembakaran batubara menunjukkan potensi untuk konversi energi yang lebih efisien (tidak adanya bagian yang bergerak padat memungkinkan operasi pada temperatur yang lebih tinggi), tetapi gagal karena kesulitan teknis biaya mahal.
Dalam mikofluida perangkat, pompa MHD sejauh ini merupakan yang paling efektif untuk menghasilkan aliran, terus menerus nonpulsating dalam desain microchannel kompleks. Itu digunakan untuk menerapkan PCR protokol.

Magnetic Penargetan Obat

Penelitian terbaru pada kanker sebagian difokuskan pada pengiriman lokal obat kanker ke bagian yang terkena tubuh. Untuk mencapai hal yang sama obat terikat untuk partikel magnetik (misalnya ferrofluids) yang secara biologis kompatibel. Untuk menargetkan magnet permanen yang sama dapat digunakan oleh posisi mereka di lokasi yang tepat dari tubuh eksternal. Untuk mempelajari interaksi antara partikel fluida magnetik melewati darah dengan medan magnet eksternal, magnetohidrodinamik persamaan dan analisis elemen hingga digunakan. Jadi kemanjuran pengobatan tersebut dapat diperkirakan. sumber www.wikipedia.co.id